CN104150761B - 直径150mm光纤锥锥体成型装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直径150mm光纤锥锥体成型装置及方法。该装置的加热炉壳体中部设置有高温区，该高温区两侧对称地设置有中温区；加热炉外侧两端依次设置有隔离区和冷却区。该方法是将直径150-155毫米，长度170-180毫米的光纤毛坯安装在拉制卡头上，采用程序升、降温，双向施力形成锥体。直径150毫米光纤锥毛坯直径和长度差小，在加热拉制时，由于热传导的作用极易引起两端变形。本发明主要通过高温区程序控温，以及中温区程序控温和水冷循环系统的配合，确保拉制时毛坯两端不变形，降温时毛坯两端不炸裂。
Description
技术领域
本发明涉及直径150毫米光纤锥锥体的拉制成型装置和方法。
背景技术
光纤锥是一种光学纤维传像器件，是由大量光学纤维排列、融压、拉锥成型的可传递二维图像的光学元件。光纤锥中每根光学纤维都是锥形的，且具有很好的光学绝缘性，因此每根光学纤维能够独立传光，而不受临近其它光学纤维的影响，光纤锥做为耦合传像器件具有高分辨率、无畸变、传光效能高等特点、同时由于具有放大和缩小图像的作用，可获得短的物像距离，运用在光电仪器中具有重量轻、便于携带、光学和机械性能稳定等优越性。随着信息技术的发展，光纤锥与CCD的耦合可以用于仿真机器人的视觉系统，高能射线的探测、摄影和记录，在军事、航天、科研、医疗、工业等领域起着越来越重要的作用。
目前基本实现了中小口径，即直径50毫米以下光锥的量产。大口径光锥体积大，在加热冷却制造的过程中，玻璃体积变化较大，内外加热不均匀，锥体成型困难，同时非常容易炸裂，制造难度大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种直径150mm光纤锥锥体成型装置，该装置能够避免毛坯两端变形。
一种直径150mm光纤锥锥体成型装置，包括加热炉,所述的加热炉包括壳体，壳体内部沿轴向形成炉孔，加热炉壳体中部设置有高温区，该高温区两侧对称地设置有中温区；加热炉外侧两端依次设置有隔离区和冷却区；高温区设有加热带，加热带包括由铁铬电加热丝绕成直径18-19mm的螺旋带6和固定该螺旋带的宽度为35-36mm的凹型瓷环；中温区设有控温加热装置；隔离区设有石棉隔离套，冷却区设有水冷循环装置。
由于150mm光纤锥是在十分有限的长度上形成较大的锥体，需要中部高温区的既有足够的热能使毛坯加热区域软化，又要使中部高温区尽量的窄避免毛坯两端变形，本发明的加热带可以满足以上要求。此外，本发明在拉制毛坯两端设置两套系统，一套是中温区的控温加热系统，另一套是水冷循环系统，两套系统的联合使用确保拉制时毛坯两端不变形，降温时毛坯两端不炸裂。
本发明还提供一种利用以上装置的直径150mm光纤锥锥体成型方法，该方法是将直径150--155毫米，长度170—180毫米的光纤毛坯安装在拉制卡头上，采用程序升、降温，双向施力形成锥体；
具体过程如下：高温区从室温经过16小时升到650℃，在650℃保温2小时，再经过4小时升到800℃，在800℃保温4小时，再经过5小时升到850℃，在850℃保温5小时，再经过6小时升到910℃—920℃，此时向拉制卡头加力180公斤，此后每10分钟加180公斤，直到2520公斤为止，整个拉制过程需持续12—15个小时；拉制后完成即刻卸掉拉力，高温区开始降温，降温速率分别是：40分钟降到810℃,2小时由810℃降到650℃,再用2小时由650℃降到600℃，在600℃保温2小时，接着用96小时由600℃降到200℃,72小时由200℃降到室温；高温区对毛坯开始升温加热时，同时启动中温区控温加热装置，用15小时升温到300℃，毛坯两端温度超过300℃时，启动冷却区冷却区水冷循环装置，使毛坯两端温度保持在300±5℃，一直到拉制结束；然后，高温区开始降温，中温区的控温加热装置开始升温，用5小时升温到600℃，保温1小时，开始降温，用160小时降至室温。
常规的光锥拉制体积小，毛坯能保证足够的长，在拉制时，毛坯两端的温度控制主要是防止炸裂。直径150毫米光纤锥毛坯直径和长度差小，在加热拉制时，由于热传导的作用极易引起两端变形。本发明所述的方法主要通过高温区程序控温，以及中温区程序控温和水冷循环系统的配合，确保拉制时毛坯两端不变形，降温时毛坯两端不炸裂。
附图说明
图1是本发明所述的直径150mm光纤锥锥体成型装置。
图2是加热带示意图。
图3是光纤毛坯示意图。
图4是中温区的控温加热装置。
图中，1-拉制卡头，2-高温区，3-中温区，4-隔离区，5-冷却区，6-螺旋带，7-凹形瓷环，8-加热套，9-加热丝，10-光纤毛坯。
具体实施方式
以下结合附图对本发明要求保护的直径150mm光纤锥锥体成型装置和方法作进一步清楚、完整的说明。
图1是直径150mm光纤锥锥体成型装置的结构示意图。加热炉和拉制机配套使用，加热炉安装在拉制机的机座上。拉制机采用的是现有产品，其结构不再赘述。加热炉包括壳体，壳体内部沿轴向形成炉孔，光纤毛坯10（图3）安装在拉制机的两个拉制卡头1之间并放置于加热炉的炉孔内。
如图1所示，加热炉壳体中部设置有高温区2，该高温区2两侧对称地设置有中温区3；加热炉外侧两端依次设置有隔离区4和冷却区5。
如图2所示，高温区2设有加热带，加热带包括由铁铬电加热丝绕成直径18-19mm的螺旋带6和固定该螺旋带的宽度为35-36mm的凹型瓷环7，螺旋带6嵌入凹型瓷环7圆周面上的凹槽内，安装好的光纤毛坯中部在凹形瓷环的纵向截面上。加热带可保证既有足够的热能使毛坯加热区域软化，又能使中部高温区尽量的窄避免毛坯两端变形。
如图4所示，中温区设有控温加热装置，控温加热装置包括加热套8和设置在加热套8外侧的加热丝9，加热丝9与公知的控温装置连接。
如图1所示，隔离区设有石棉隔离套，石棉隔离套的直径与拉制卡头1外径相近，两端的拉制卡头1的外表面分别与石棉隔离套的内侧面连接，目的是阻挡热量外泄。
冷却区设有水冷循环装置，配合中温区的控温加热装置使毛坯两端温度维持在300℃左右。
直径150mm光纤锥锥体成型方法，是将直径150--155毫米，长度170—180毫米的光纤毛坯安装在拉制卡头1上，采用程序升、降温，双向施力形成大端直径与小端直径比最大为4：1的锥体。
具体过程如下：高温区2从室温经过16小时升到650℃，在650℃保温2小时，再经过4小时升到800℃，在800℃保温4小时，再经过5小时升到850℃，在850℃保温5小时，再经过6小时升到910℃—920℃，此时向拉制卡头加力180公斤开始拉制，此后每10分钟加180公斤，直到2520公斤为止，整个拉制过程需持续12—15个小时。拉制后完成即刻卸掉拉力，高温区2开始降温，降温速率分别是：40分钟降到810℃,2小时由810℃降到650℃,再用2小时由650℃降到600℃，在600℃保温2小时，接着用96小时由600℃降到200℃,72小时由200℃降到室温。高温区对毛坯开始升温加热时，同时启动中温区3控温加热装置，用15小时升温到300℃，保温，随着升温拉制时间的延长，温度向中心传播的同时，也向毛坯两端传播，由于毛坯长度受限，毛坯两端温度就会超过300℃。毛坯两端温度超过300℃时，启动冷却区5冷却区水冷循环装置，使毛坯两端温度保持在300±5℃，一直到拉制结束，关闭水冷循环装置，然后，高温区2开始降温，中温区3的控温加热装置开始升温，用5小时升温到600℃，保温1小时，开始降温，用160小时降至室温，这样毛坯两端既不发生炸裂也不发生变形。
Claims (1)
1.一种直径150mm光纤锥锥体成型方法，所用的装置包括加热炉,所述的加热炉包括壳体，壳体内部沿轴向形成炉孔，其特征在于：
加热炉壳体中部设置有高温区（2），该高温区（2）两侧对称地设置有中温区（3）；在加热炉外侧两端，从壳体中部向外侧方向依次设置有隔离区（4）和冷却区（5）；高温区（2）设有加热带，加热带包括由铁铬电加热丝绕成直径18-19mm的螺旋带（6）和固定该螺旋带的宽度为35-36mm的凹型瓷环（7）；中温区（3）设有控温加热装置；隔离区（4）设有石棉隔离套，冷却区（5）设有水冷循环装置；
方法是将直径150--155毫米，长度170—180毫米的光纤毛坯安装在拉制卡头（1）上，采用程序升、降温，双向施力形成锥体；
具体过程如下：高温区（2）从室温经过16小时升到650℃，在650℃保温2小时，再经过4小时升到800℃，在800℃保温4小时，再经过5小时升到850℃，在850℃保温5小时，再经过6小时升到910℃—920℃，此时向拉制卡头（1）加力180公斤开始拉制，此后每10分钟加180公斤，直到2520公斤为止，整个拉制过程需持续12—15个小时；拉制后完成即刻卸掉拉力，高温区（2）开始降温，降温速率分别是：40分钟降到810℃,2小时由810℃降到650℃,再用2小时由650℃降到600℃，在600℃保温2小时，接着用96小时由600℃降到200℃,72小时由200℃降到室温；高温区（2）对毛坯开始升温加热时，同时启动中温区（3）控温加热装置，用15小时升温到300℃，毛坯两端温度超过300℃时，启动冷却区（5）冷却区水冷循环装置，使毛坯两端温度保持在300±5℃，一直到拉制结束；然后，高温区（2）开始降温，中温区（3）的控温加热装置开始升温，用5小时升温到600℃，保温1小时，开始降温，用160小时降至室温。
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